RU2610147C1 - Способ автоматического контроля технического состояния элементов смешанной (последовательное соединение групп параллельных элементов) аккумуляторной батареи и устройство для его осуществления - Google Patents

Способ автоматического контроля технического состояния элементов смешанной (последовательное соединение групп параллельных элементов) аккумуляторной батареи и устройство для его осуществления Download PDF

Info

Publication number
RU2610147C1
RU2610147C1 RU2015152720A RU2015152720A RU2610147C1 RU 2610147 C1 RU2610147 C1 RU 2610147C1 RU 2015152720 A RU2015152720 A RU 2015152720A RU 2015152720 A RU2015152720 A RU 2015152720A RU 2610147 C1 RU2610147 C1 RU 2610147C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
battery
elements
current
output
Prior art date
Application number
RU2015152720A
Other languages
English (en)
Inventor
Анатолий Александрович Михайлов
Светлана Анатольевна Базуева
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова"
Priority to RU2015152720A priority Critical patent/RU2610147C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2610147C1 publication Critical patent/RU2610147C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/392—Determining battery ageing or deterioration, e.g. state of health
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/482—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

Группа изобретений относится к области электротехники и может быть использована для контроля аккумуляторных источников питания. Способ автоматического контроля технического состояния элементов смешанной (последовательное соединение групп параллельных элементов) аккумуляторной батареи включает обработку информации результатов контроля в N+1 выходных зажимах подключения контролируемых аккумуляторов в N контрольных точках, нумерацию последовательно контрольных точек, масштабирование токов от каждого элемента аккумуляторной батареи с коэффициентом масштабирования от каждой контрольной точки, токи от каждой контрольной точки суммируют в точке суммирования и передают через канал связи в орган обработки информации, где обрабатываются для идентификации номера отказавшего элемента аккумуляторной батареи. Группа изобретений позволяет автоматизировать процесс определения технического состояния как аккумуляторной батареи в целом, так и ее элементов. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для контроля состояния аккумуляторных источников питания, как отдельных аккумуляторов, так и батарей, состоящих из m последовательно соединенных групп из n параллельно включенных элементов.
Знание электрических параметров аккумуляторных батарей позволяет производить диагностирование технического состояния на различных стадиях эксплуатации, а также принимать решение о их восстановлении или списании. Это в первую очередь важно для Li-ion аккумуляторов, применяемых в системах автономного электроснабжения на транспортных средствах, для которых характерен критерий минимизации массогабаритных показателей элементов данных систем.
Особенность применения аккумулятора определяется:
А. Выбором типа элемента.
Так для Li-ion аккумулятора эксплуатация характеризуется [1, 2, 3] следующим:
1. Разряд Li-ion аккумулятора ниже 3 В (примерно, до 2.2 В) (данный порог варьируется в пределах 0,5 В в зависимости от химического состава и геометрической формы аккумулятора) приводит к необратимым химическим процессам внутри аккумулятора, что делает его непригодным для дальнейшего использования. При разряде Li-ion аккумулятора нужно контролировать его напряжение и силу тока в цепи.
2. Li-ion аккумуляторы имеют низкую устойчивость к перезаряду. На отрицательном электроде на поверхности углеродной матрицы при значительном перезаряде становится возможным осаждение металлического лития, обладающего большой реакционной способностью к электролиту, а на катоде начинается активное выделение кислорода. Возникает угроза теплового разгона, повышения давления и разгерметизации. Поэтому заряд Li-ion аккумуляторов можно вести только до напряжения, рекомендуемого производителем. При увеличенном зарядном напряжении ресурс аккумуляторов снижается.
3. Работа аккумулятора на токах, отличающихся от нормального режима, заданного в документации производителем аккумуляторов, и превышающих его емкость, возможна в кратковременных режимах. При коротком замыкании в литий-ионном аккумуляторе возникает бурная реакция взрывного типа, получившая название "вентиляция с выбросом пламени".
Для внутренней защиты Li-ion аккумулятора используют дополнительно введенный в аккумулятор слой сепаратора. В этом случае, при коротком замыкании из-за прорастания дендритов лития к положительному электроду, за счет локального разогрева слой сепаратора подплавляется и становится непроницаемым, предотвращая дальнейшее прорастание дендритов.
Однако для повышения безопасности эксплуатации Li-ion аккумуляторов в составе батареи обязательно применяется также и внешняя электронная защита, цель которой не допустить возможность перезаряда и переразряда каждого аккумулятора от внутренних коротких замыканий (а в отдельных случаях - и от внешних коротких замыканий) и чрезмерного разогрева.
В. Структура соединения элементов в батарее.
В большинстве случаев аккумуляторы используются группами или батареями, количество элементов в батарее и их величина зависят от требований, предъявляемых эксплуатацией. Два фактора определяют выбор схемы соединения элементов: необходимый уровень напряжения, необходимая емкость. Когда элементы соединены последовательно, то напряжение всех элементов складывается, но емкость батареи последовательно соединенных элементов не превышает емкости одного элемента [Патент RU на изобретение №2470314, МПК G01R 31/36, опубл. 20.12.2012]. Если элементы соединены параллельно [Патент RU на изобретение №2485639, МПК Н01М 10/48, опубл. 27.04.2011], то напряжение батареи не выше напряжения одного элемента, но емкость такой батареи эквивалентна сумме емкостей отдельных элементов.
При смешанном соединении элементы могут быть собраны в параллельные группы, а затем группы соединяют последовательно. Это способствует уравниванию нагрузок отдельных аккумуляторов и снижает общее сопротивление межэлементных и межгрупповых соединений.
Известен способ автоматического контроля технического состояния элементов последовательной аккумуляторной батареи [Патент RU на изобретение №2470314, МПК G01R 31/36, опубл. 20.12.2012], включающий обработку информации результатов контроля в N+1 выходных зажимах подключения контролируемых аккумуляторов в n контрольных точках, для этого нумеруют последовательно контрольные точки, масштабируют токи от каждого контролируемого аккумулятора аккумуляторной батареи с коэффициентом масштабирования от каждой контрольной точки пропорционально номеру контрольной точки i, вычисляют предельное значение напряжение UΣпр, соответствующее случаю, когда исправны все контролируемые аккумуляторы аккумуляторной батареи
Figure 00000001
токи от каждой контрольной точки суммируют в точке суммирования и передают через канал связи в орган обработки информации, где преобразуют суммарный ток в пропорциональное напряжение UΣ и вычитают данное напряжение из предельного значения напряжения UΣпр, а по величине результирующего напряжения UΣпр-UΣ определяют номер элемента в аккумуляторной батарее, в котором возникло короткое замыкание, по выражению
Figure 00000002
где
Figure 00000003
, Е - напряжение аккумуляторов в батарее, R - величина элемента масштабирования (резистора).
Недостаток данного способа определяется тем, что по данному способу достоверно отслеживается отказ элемента в последовательной аккумуляторной батарее, т.е. данный способ имеет ограничение в случае смешанного соединения элементов аккумуляторной батареи.
Известно устройство автоматического контроля технического состояния элементов последовательной аккумуляторной батареи по данному способу [Патент RU на изобретение №2470314, МПК G0LK 31/36, опубл. 20.12.2012], содержащее N+1 выходных зажимов для подключения контролируемых аккумуляторов в n контрольных точках и орган обработки информации, вход которого подключен к выходу канала связи, причем устройство содержит блок суммирования токов с коэффициентом масштабирования по каждому входу, пропорциональным номеру этого входа, i-й вход блока суммирования токов подключен к i-й точке контроля технического состояния соответствующих элементов аккумуляторной батареи, а выход блока суммирования токов соединен с входом канала связи, орган обработки информации содержит блок преобразования тока в напряжение, аналоговый и цифровой вычитатели, задатчик напряжения и аналого-цифровой преобразователь, причем вход органа обработки информации соединен с входом блока преобразования тока в напряжение, выход которого соединен с первым входом аналогового вычитателя, ко второму входу которого подключен задатчик напряжения, к информационным входам которого подключены входы задания предельного значения напряжения, а выход аналогового вычитателя - к входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к первым входам цифрового вычитателя, вторые входы которого соединены с входами задания общего количества элементов в аккумуляторной батарее, а выход - к выходу органа обработки информации, являющемуся выходом устройства.
В устройстве автоматического контроля технического состояния элементов аккумуляторной батареи блок суммирования токов состоит из n равных резисторов, первый конец i-го резистора подключен к i-му входу блока суммирования токов, а вторые концы всех резисторов блока суммирования токов объединены и подключены к его выходу.
Недостаток данного устройства-прототипа определяется тем, что в данном устройстве достоверно отслеживается отказ элемента в последовательной аккумуляторной батарее, т.е. устройство имеет ограничение в случае смешанного соединения элементов аккумуляторной батареи.
Наиболее близким техническим решением по способу (прототипом) является способ автоматического контроля технического состояния элементов параллельной аккумуляторной батареи [Патент RU на изобретение №2485639, МПК H01M 10/48, опубл. 20.06.2013], сводящийся к обработке информации результатов контроля в n+1 выходных зажимах подключения контролируемых аккумуляторов в n контрольных точках, а также нумеруют последовательно контрольные точки, масштабируют токи от каждого элемента аккумуляторной батареи с коэффициентом масштабирования от каждой контрольной точки пропорционально номеру контрольной точки i, вычисляют предельное значение напряжения UΣпр, соответствующее случаю, когда исправны все элементы контролируемой аккумуляторной батареи
Figure 00000004
масштабированные токи от каждой контрольной точки суммируют в точке суммирования и передают через канал связи в орган обработки информации, где преобразуют суммарный ток в пропорциональное напряжение UΣ и вычитают данное напряжение из предельного значения напряжения UΣпр, а по величине результирующего напряжения UΣпр-UΣ идентифицируют номер элемента в аккумуляторной батарее, в котором возникло короткое замыкание.
Недостаток данного способа-прототипа определяется тем, что в данном способе достоверно отслеживается отказ элемента в параллельной аккумуляторной батарее, т.е. способ имеет ограничение в случае смешанного соединения элементов аккумуляторной батареи.
Наиболее близким техническим решением по устройству (прототипом) является устройство автоматического контроля технического состояния элементов параллельной аккумуляторной батареи [Патент RU на изобретение №2485639, МПК H01M 10/48, опубл. 20.06.2013], содержащее n+1 выходных зажимов для подключения контролируемых аккумуляторов в n контрольных точках и орган обработки информации, вход которого подключен к выходу канала связи, а также блок суммирования токов с коэффициентом масштабирования по каждому входу, пропорциональным номеру этого входа, причем i-й вход блока суммирования токов подключен к i-й точке контроля технического состояния соответствующих элементов аккумуляторной батареи, а выход блока суммирования токов соединен с входом канала связи, орган обработки информации содержит блок преобразования тока в напряжение, вычитатель, задатчик напряжения и аналого-цифровой преобразователь, причем вход органа обработки информации соединен с входом блока преобразования тока в напряжение, выход которого соединен с первым входом вычитателя, ко второму входу которого подключен задатчик напряжения, входы которого подключены к входам задания предельного значения напряжения, а выход вычитателя соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к выходу органа обработки информации, являющемуся выходом устройства, причем блок суммирования токов состоит из n резисторов, причем величина i-го резистора обратно пропорциональна его номеру i, первый конец i-го резистора подключен к i-му входу блока суммирования токов, а вторые концы всех резисторов блока суммирования токов объединены и подключены к его выходу.
Недостаток данного устройства-прототипа определяется тем, что в данное устройство достоверно отслеживается отказ элемента в параллельной аккумуляторной батарее, т.е. устройство имеет ограничение в случае смешанного соединения элементов аккумуляторной батареи.
Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является расширение функциональных возможностей. Техническим результатом является обеспечение высокой достоверности поэлементного контроля состояния батареи при отказе элемента аккумуляторной батареи в случае смешанного соединения элементов аккумуляторной батареи во всем диапазоне режимов работы системы автономного электроснабжения.
Обобщая проведенный выше анализ особенностей функционирования Li-ion аккумуляторной батареи можно отметить, что при организации процесса контроля состояния Li-ion аккумуляторной батареи должен быть использован принцип параллельного контроля, сводящийся к тому, что: любой аккумулятор батареи должен быть доступен для контроля как короткого замыкания, так и превышения в нем тока в произвольный момент времени. В связи с этим особенностью данного решения является то, что при передаче информации о работоспособности гальванически связанных аккумуляторов, полученной в точках их контроля, необходимо использовать параллельный принцип организации процесса контроля, при котором структурно аккумуляторная батарея состоит из пронумерованных аккумуляторов, а процессу контроля в произвольный момент времени доступен любой аккумулятор батареи.
Для решения данной задачи в способе автоматического контроля технического состояния элементов смешанной (последовательное соединение параллельных групп элементов) аккумуляторной батареи, включающем обработку информации результатов контроля в N+1 выходных зажимах подключения контролируемых аккумуляторов в N контрольных точках, нумерацию последовательно контрольных точек i=1, …, N, масштабирование токов от каждого элемента аккумуляторной батареи с коэффициентом масштабирования для каждой контрольной точки пропорционально номеру контрольной точки, масштабированные токи от каждой контрольной точки суммируют в точке суммирования и передают через канал связи в орган обработки информации, вычисляют предельное значение тока, соответствующее случаю, когда исправны все элементы контролируемой аккумуляторной батареи, вычитают из предельного значения измеренный суммарный ток и по величине результирующего тока
IΣпред-IΣтекизм
идентифицируют номер элемента в аккумуляторной батарее, в котором возникло короткое замыкание, причем нумерацию последовательно контрольных точек i=1, …, N осуществляют двуиндексным номером путем присвоения индекса номера l последовательных групп параллельных элементов в аккумуляторной батарее от 1 до m
Figure 00000005
а также присваивают индекс номера k каждому параллельному элементу последовательных групп от 1 до и
Figure 00000006
причем
m×n=N,
при масштабировании токов от каждого элемента аккумуляторной батареи выбирают коэффициент масштабирования тока от каждой контрольной точки равным k×l, предельное значение тока, соответствующее случаю, когда исправны все элементы контролируемой аккумуляторной батареи, определяют по выражению
Figure 00000007
где R1 - начальное сопротивление масштабирования токов, E1 - напряжение элемента аккумуляторной батареи, а в органе обработки информации для идентификации номера элемента в аккумуляторной батарее, в котором возникло короткое замыкание, последовательно задают номер l от 1 до m последовательных групп параллельных элементов и в каждой группе номер параллельных элементов k от 1 до n и по выражению
Figure 00000008
вычисляют разницу предельного и текущего значения токов, сравнивают данное вычисленное значение разности ΔIвыч между предельным IΣпред и текущим IΣтеквыч суммарными токами с измеренным значением разности ΔIизм между предельным IΣпред и текущим IΣтекизм суммарными токами и при условии
ΔIвыч-ΔIизм≅0,
поиск номеров отказавшего элемента прекращается, и полученные при этом значения l и k принимаются равными номерам отказавшего элемента.
Кроме этого устройство автоматического контроля технического состояния элементов смешанной (последовательное соединение групп параллельных элементов) аккумуляторной батареи содержит N+1 выходных зажимов для подключения контролируемых аккумуляторов в N контрольных точках и орган обработки информации, вход которого подключен к выходу канала связи, а также блок суммирования токов с коэффициентом масштабирования по каждому входу, пропорциональным номеру этого входа, причем i-й вход блока суммирования токов подключен к i-й точке контроля технического состояния соответствующих элементов аккумуляторной батареи, а выход блока суммирования токов соединен с входом канала связи, орган обработки информации содержит вычитатель, ко второму входу которого подключен задатчик, первый вход которого подключен к входу задания значения количества элементов в группе параллельно соединенных элементов n, блок суммирования токов состоит из резисторов, величина i-го резистора обратно пропорциональна его номеру i, первый конец i-го резистора подключен к i-му входу блока суммирования токов, а вторые концы всех резисторов блока суммирования токов объединены и подключены к его выходу, причем орган обработки информации дополнительно содержит вычислитель, пороговый элемент, генератор импульсов, первый и второй делитель с устанавливаемым коэффициентом деления, элемент задержки импульсов и блок выходных портов, причем к первому входу вычитателя подключен вход органа обработки информации, к первому входу задания вычислителя подключен вход задания значения количества элементов в группе параллельно соединенных элементов n, а ко второму входу задания вычислителя и ко второму входу задатчика подключен вход задания значения количества групп m, выход вычитателя подключен к аналоговому входу вычислителя и через пороговый элемент к входу "ПУСК" вычислителя и к входу "ПУСК" генератора импульсов, вход "ОСТАНОВ" последнего соединен с выходом вычислителя и через элемент задержки импульса с входом включения блока выходных портов, выход генератора импульсов соединен со счетным входом первого делителя с устанавливаемым коэффициентом деления, выход переноса которого соединен со счетным входом второго делителя с устанавливаемым коэффициентом деления, входы задания коэффициента деления которых подключены к входами задания значений количества параллельных групп m в аккумуляторной батарее и количества элементов в группе n, информационные выходы обоих делителей с устанавливаемым коэффициентом деления подключены к первым и вторым информационным входам вычислителя, а через первые и вторые информационные входы блока входных портов с выходами органа обработки информации, которые являются выходами всего устройства автоматического контроля технического состояния элементов аккумуляторной батареи.
На фиг. 1 представлена принципиальная блок-схема устройства, а на фиг. 2 приведена схема замещения аккумуляторной батареи, необходимая для анализа параллельного процесса контроля аккумуляторной батареи.
Для анализа параллельного процесса контроля аккумуляторной батареи воспользуемся схемой замещения группы параллельных ветвей с источником одной ветвью фиг. 2
Figure 00000009
где Rk - сопротивление масштабирования токов k-й параллельной ветви, Ek - напряжение элемента аккумуляторной батареи k-й параллельной ветви.
При этом суммарный ток в системе контроля аккумуляторной батареи будет равен
Figure 00000010
Поскольку напряжение в группах по уровням меняется в зависимости от номера l в группе последовательных элементов, а ток от группы к группе меняется, изменяя масштабируемое сопротивление обратно пропорционально с коэффициентом k, то
Figure 00000011
Учтя выражение, приведенное в [4], предельное значение тока на выходе системы контроля аккумуляторной батареи, т.е. при условии, что все элементы исправны, равно
Figure 00000012
Текущее значение тока IΣтек, при всех исправных элементах в батарее, будет равно предельному значению тока, т.е. при 100% исправности элементов аккумуляторной батареи
IΣпред-IΣтек=0.
В этом случае выражение для текущего значения тока для произвольного элемента ljki может быть представлено в виде
Figure 00000013
При отказе элемента ljki в батарее данное выражение преобразуется к виду
Figure 00000014
Вычтя из предельного значения тока IΣпред текущее значение тока IΣтек, получаем
Figure 00000015
Окончательно после ряда простых преобразований получаем
Figure 00000016
Устройство содержит контролируемую аккумуляторную батарею (АБ) с N+1 выходных зажимов для подключения N контролируемых аккумуляторов в N контрольных точках, блок суммирования токов 1, канал связи 2, орган обработки информации 3. Орган обработки информации 3 в свою очередь включает вычитатель 4, задатчик 5, пороговый элемент 6, вычислитель 7, элемент задержки импульса 8, генератор импульсов 9, первый 10 и второй делитель 11 с устанавливаемым коэффициентом деления, блок выходных портов 12.
Входы блока суммирования токов 1 подключены к точкам контроля технического состояния элементов аккумуляторной батареи (АБ), а выход - к входу канала связи 2. Выход канала связи 2 подключен к входу органа обработки информации 3. В органе обработки информации 3 его вход соединен с первым входом вычитателя 4, второй вход которого подключен к выходу задатчика 5. Первый вход задатчика 5 соединен с первым входом задания вычислителя 7 и с входом задания количества элементов в группе параллельно соединенных элементов n аккумуляторной батареи, а второй вход задатчика 5 со вторым входом задания вычислителя 7 и с входом задания количества групп m устройства автоматического контроля технического состояния элементов аккумуляторной батареи. Выход вычитателя 4 соединен с входом порогового элемента 6 и с аналоговым входом вычислителя 7. Выход порогового элемента 6 соединен с входом "ПУСК" вычислителя 7 и с входом "ПУСК" генератора импульсов 9, вход "ОСТАНОВ" которого соединен с выходом вычислителя 7 и через элемент задержки импульсов 8 с входом включения блока выходных портов 12. Выход генератора импульсов 9 соединен со счетным входом первого делителя 10 с устанавливаемым коэффициентом деления, выход переноса которого соединен со счетным входом второго делителя 11 с устанавливаемым коэффициентом деления. Входы задания коэффициента деления делителей 10, 11 соединены с входами задания количества элементов в группе параллельно соединенных элементов n аккумуляторной батареи и количества групп m в аккумуляторной батарее. Информационные выходы обоих делителей 10, 11 с устанавливаемым коэффициентом деления подключены к первым и вторым информационным входам вычислителя 7, а через первые и вторые информационные входы блока входных портов 12 с выходами органа обработки информации 3, которые являются выходами устройства автоматического контроля технического состояния элементов аккумуляторной батареи.
Предложенное устройство работает следующим образом. Для автоматического контроля технического состояния элементов аккумуляторной батареи (АБ) через N+1 выходных зажима подключены контролируемые аккумуляторы к N контрольным точкам. В начальном состоянии нумеруют последовательно контрольные точки i=1, …, N двуиндексным номером путем присвоения индекса номера k в группе параллельно соединенных элементов в аккумуляторной батарее от 1 до n
Figure 00000017
а также присваивают индекс номера l каждой из последовательных групп параллельно соединенных от l до m
Figure 00000018
причем
m×n=N.
Масштабируют токи от каждого элемента аккумуляторной батареи с коэффициентом масштабирования для каждой контрольной точки пропорционально k×l.
В исходном состоянии в устройстве автоматического контроля технического состояния элементов смешанной (последовательное соединение групп параллельных элементов) аккумуляторной батареи полученные значения m и n устанавливают на входах задания количества в группе параллельно соединенных элементов n в аккумуляторной батарее и количества последовательных групп параллельно соединенных элементов m задатчика 5 для вычисления предельного значения тока, соответствующего случаю, когда исправны все элементы контролируемой аккумуляторной батареи, по выражению
Figure 00000019
Кроме этого значения n и m устанавливают на входах задания первого 10 n и второго 11 m делителя с устанавливаемым коэффициентом деления, значение n и m устанавливают также на входе задания вычислителя 7.
Масштабированные токи от каждой контрольной точки суммируют в блоке суммирования токов 1 с коэффициентом масштабирования тока от каждой контрольной точки, равным k×l в точке суммирования, и передают через канал связи 2 в орган обработки информации 3. В органе обработки информации 3 при возникновении короткого замыкания одного из элементов в аккумуляторной батарее в вычитателе 4 вычитают из предельного значения измеренный суммарный ток и по величине результирующего тока
ΔIизм=IΣпред-IΣтекизм
и на выходе вычитателя 4 формируется сигнал ΔIизм. При появлении ΔIизм на выходе вычитателя 4 срабатывает пороговый элемент 6, который включает по входу "ПУСК" вычислитель 7 и по входу "ПУСК" генератор импульсов 9. Импульсы с выхода генератора импульсов 9 поступают на счетный вход первого делителя 10 с устанавливаемым коэффициентом деления, последовательно увеличивая его объем. При достижении объема первого делителя 10 с устанавливаемым коэффициентом деления, равного устанавливаемому коэффициенту деления, на его выходе переноса формируется импульс, который поступает на счетный вход второго делителя 11 с устанавливаемым коэффициентом деления. При этом последовательно увеличивают номер элемента k от 1 до n в группе параллельно соединенных элементов в делителе 10 с устанавливаемым коэффициентом деления, а затем номер одной из последовательных групп l от 1 до m в делителе 11 с устанавливаемым коэффициентом деления.
Для заданного по входу задания количества элементов в группе n вычислителя 7 параметра n и для заданного по входу задания количества групп m вычислителя 7 параметра m, а также для каждого значения k с выходов первого делителя 10 с устанавливаемым коэффициентом деления и значения l с выходов второго делителя 11 с устанавливаемым коэффициентом деления по выражению
Figure 00000020
вычисляют разницу предельного и текущего значений токов.
Сравнивают в вычислителе 7 данное вычисленное значение разности ΔIвыч между предельным IΣпред и текущим IΣтек выч суммарными токами с измеренным значением разности ΔIΣизм между предельным IΣпред и текущим IΣтекизм суммарными токами.
При условии
ΔIвыч-ΔIизм≅0,
на выходе вычислителя 7 формируется импульс, который поступает на вход "ОСТАНОВ" генератора импульсов 9, и поиск номеров отказавшего элемента прекращается. Полученные при этом значения k и l в первом 10 и втором 11 делителях с устанавливаемым коэффициентом деления в виде кодов поступают на входы блока входных портов 12. Данный выходной импульс с выхода вычислителя 7, задержанный на элементе задержки импульса 8, открывает блок входных портов 12 и на его выходы поступают коды с входов блока входных портов 12, которые принимаются равными номерам l и k и идентифицируют номер элемента в аккумуляторной батарее, в котором возникло короткое замыкание.
Таким образом, осуществляется контроль состояния аккумуляторной батареи через поэлементный контроль аккумуляторов А с идентификацией номеров отказавшего элемента аккумуляторной батареи, что позволяет поддержать аккумуляторные батареи в готовности к применению при работе системы автономного электроснабжения. Причем любой элемент аккумуляторной батареи доступен для контроля в любой момент времени. Предложенный способ контроля состояния батареи Li-ion аккумуляторов может быть использован и для контроля состояния других типов аккумуляторных батарей. При получении информации о неисправном аккумуляторе на выходе устройства формируется номер отказавшего аккумулятора для принятия решения об устранении аварийной ситуации.
ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Таганова А.А., Бубнов Ю.И., Орлов С.Б. Герметичные химические источники тока. Элементы и аккумуляторы. Оборудование для испытаний и эксплуатации. СПб.: Химиздат - 2005. - 262 с.
2. Скундин A.M. Литий-ионные аккумуляторы: современное состояние, проблемы и перспективы // Электрохимическая энергетика - 2001. Т. 1. С. 5-15.
3. Кедринский И.А., Дмитриенко В.Е., Грудянов И.И. Литиевые источники тока. М.: Энергоиздат - 1992 - 247 с.
4. Градштейн И.С., Рыжик И.М. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений. М.: Государственное изд-во физико-математической литературы. - 1963. - С. 15. формула 0.121.1.

Claims (13)

1. Способ автоматического контроля технического состояния элементов смешанной (последовательное соединение групп параллельных элементов) аккумуляторной батареи, включающий обработку информации результатов контроля в N+1 выходных зажимах подключения контролируемых аккумуляторов в N контрольных точках, нумерацию последовательно контрольных точек i=1, …, N, масштабирование токов от каждого элемента аккумуляторной батареи с коэффициентом масштабирования для каждой контрольной точки пропорционально номеру контрольной точки, масштабированные токи от каждой контрольной точки суммируют в точке суммирования и передают через канал связи в орган обработки информации, вычисляют предельное значение тока, соответствующее случаю, когда исправны все элементы контролируемой аккумуляторной батареи, вычитают из предельного значения измеренный суммарный ток и по величине результирующего тока
I∑пред-I∑текизм
идентифицируют номер элемента в аккумуляторной батарее, в котором возникло короткое замыкание, отличающийся тем, что нумерацию последовательно контрольных точек i=1, …, N осуществляют двуиндексным номером путем присвоения индекса номера l последовательных групп параллельных элементов в аккумуляторной батарее от 1 до m
Figure 00000021
, а также присваивают индекс номера k каждому параллельному элементу последовательных групп от 1 до n
Figure 00000022
, причем
m×n=N,
при масштабировании токов от каждого элемента аккумуляторной батареи выбирают коэффициент масштабирования тока от каждой контрольной точки равным k×l, предельное значение тока, соответствующее случаю, когда исправны все элементы контролируемой аккумуляторной батареи, определяют по выражению
Figure 00000023
где R1 - начальное сопротивление масштабирования токов, E1 - напряжение элемента аккумуляторной батареи,
а в органе обработки информации для идентификации номера элемента в аккумуляторной батарее, в котором возникло короткое замыкание, последовательно задают номер l от 1 до m последовательных групп параллельных элементов и в каждой группе номер параллельных элементов k от 1 до n и по выражению
Figure 00000024
вычисляют разницу предельного и текущего значения токов, сравнивают данное вычисленное значение разности ΔIвыч между предельным I∑пред и текущим I∑теквыч суммарными токами с измеренным значением разности ΔIизм между предельным I∑пред и текущим I∑текизм суммарными токами и при условии
ΔIвыч-ΔIизм≅0
поиск номеров отказавшего элемента прекращается и полученные при этом значения l и k принимаются равными номерам отказавшего элемента.
2. Устройство автоматического контроля технического состояния элементов смешанной (последовательное соединение групп параллельных элементов) аккумуляторной батареи, содержащее N+1 выходных зажимов для подключения контролируемых аккумуляторов в N контрольных точках и орган обработки информации, вход которого подключен к выходу канала связи, а также блок суммирования токов с коэффициентом масштабирования по каждому входу, пропорциональным номеру этого входа, причем i-й вход блока суммирования токов подключен к i-й точке контроля технического состояния соответствующих элементов аккумуляторной батареи, а выход блока суммирования токов соединен с входом канала связи, орган обработки информации содержит вычитатель, ко второму входу которого подключен задатчик, первый вход которого подключен к входу задания значения количества элементов в группе m, блок суммирования токов состоит из резисторов, величина i-го резистора обратно пропорциональна его номеру i, первый конец i-го резистора подключен к i-му входу блока суммирования токов, а вторые концы всех резисторов блока суммирования токов объединены и подключены к его выходу, отличающееся тем, что орган обработки информации дополнительно содержит вычислитель, пороговый элемент, генератор импульсов, первый и второй делители с устанавливаемым коэффициентом деления, элемент задержки импульсов и блок выходных портов, причем к первому входу вычитателя подключен вход органа обработки информации, к первому входу задания вычислителя подключен вход задания значения количества элементов в группе m, а ко второму входу задания вычислителя и ко второму входу задатчика подключен вход задания значения количества групп n, выход вычитателя подключен к аналоговому входу вычислителя и через пороговый элемент к входу "ПУСК" вычислителя и к входу "ПУСК" генератора импульсов, вход "ОСТАНОВ" последнего соединен с выходом вычислителя и через элемент задержки импульса с входом включения блока выходных портов, выход генератора импульсов соединен со счетным входом первого делителя с устанавливаемым коэффициентом деления, выход переноса которого соединен со счетным входом второго делителя с устанавливаемым коэффициентом деления, входы задания коэффициента деления которых подключены к входам задания значений количества параллельных групп n в аккумуляторной батарее и количества элементов в группе m, информационные выходы обоих делителей с устанавливаемым коэффициентом деления подключены к первым и вторым информационным входам вычислителя, а через первые и вторые информационные входы блока входных портов соединены с выходами органа обработки информации, которые являются выходами всего устройства автоматического контроля технического состояния элементов аккумуляторной батареи.
RU2015152720A 2015-12-08 2015-12-08 Способ автоматического контроля технического состояния элементов смешанной (последовательное соединение групп параллельных элементов) аккумуляторной батареи и устройство для его осуществления RU2610147C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015152720A RU2610147C1 (ru) 2015-12-08 2015-12-08 Способ автоматического контроля технического состояния элементов смешанной (последовательное соединение групп параллельных элементов) аккумуляторной батареи и устройство для его осуществления

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015152720A RU2610147C1 (ru) 2015-12-08 2015-12-08 Способ автоматического контроля технического состояния элементов смешанной (последовательное соединение групп параллельных элементов) аккумуляторной батареи и устройство для его осуществления

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2610147C1 true RU2610147C1 (ru) 2017-02-08

Family

ID=58457379

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015152720A RU2610147C1 (ru) 2015-12-08 2015-12-08 Способ автоматического контроля технического состояния элементов смешанной (последовательное соединение групп параллельных элементов) аккумуляторной батареи и устройство для его осуществления

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2610147C1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9924587B2 (en) 2013-03-08 2018-03-20 Tae Technologies, Inc. Negative ion-based neutral beam injector
RU2759580C1 (ru) * 2021-05-18 2021-11-15 Алексей Игоревич Шастун Устройство контроля технического состояния элементов последовательной аккумуляторной батареи
RU2792226C1 (ru) * 2022-08-16 2023-03-21 Юрий Александрович Сизов Способ мониторинга и выравнивания степени заряженности аккумуляторов блока акб

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5773959A (en) * 1996-01-11 1998-06-30 Lockheed Martin Corporation Lithium polymer battery charger methods and apparatus
WO2006075112A1 (fr) * 2005-01-14 2006-07-20 Pellenc (Societe Anonyme) Procede de chargement equilibre d'une batterie lithium-ion ou lithium polymere
RU2461102C1 (ru) * 2011-04-01 2012-09-10 Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" Способ эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи в автономной системе электропитания
EA017454B1 (ru) * 2007-04-24 2012-12-28 Андраш Фазакаш Электрическая схема для обеспечения работы зарядных устройств в параллельном режиме
RU2485639C2 (ru) * 2011-04-27 2013-06-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)" Способ автоматического контроля технического состояния элементов параллельной аккумуляторной батареи и устройство для его осуществления
RU129259U1 (ru) * 2012-11-09 2013-06-20 Александр Сергеевич Логинов Система контроля параметров аккумуляторной батареи

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5773959A (en) * 1996-01-11 1998-06-30 Lockheed Martin Corporation Lithium polymer battery charger methods and apparatus
WO2006075112A1 (fr) * 2005-01-14 2006-07-20 Pellenc (Societe Anonyme) Procede de chargement equilibre d'une batterie lithium-ion ou lithium polymere
EA017454B1 (ru) * 2007-04-24 2012-12-28 Андраш Фазакаш Электрическая схема для обеспечения работы зарядных устройств в параллельном режиме
RU2461102C1 (ru) * 2011-04-01 2012-09-10 Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" Способ эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи в автономной системе электропитания
RU2485639C2 (ru) * 2011-04-27 2013-06-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)" Способ автоматического контроля технического состояния элементов параллельной аккумуляторной батареи и устройство для его осуществления
RU129259U1 (ru) * 2012-11-09 2013-06-20 Александр Сергеевич Логинов Система контроля параметров аккумуляторной батареи

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
US 5773959 A, 30,06,1998. *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9924587B2 (en) 2013-03-08 2018-03-20 Tae Technologies, Inc. Negative ion-based neutral beam injector
US10398016B2 (en) 2013-03-08 2019-08-27 Tae Technologies, Inc. Negative ion-based beam injector
US10887976B2 (en) 2013-03-08 2021-01-05 Tae Technologies, Inc. Negative ion-based beam injector
US11363708B2 (en) 2013-03-08 2022-06-14 Tae Technologies, Inc. Negative ion-based beam injector
RU2759580C1 (ru) * 2021-05-18 2021-11-15 Алексей Игоревич Шастун Устройство контроля технического состояния элементов последовательной аккумуляторной батареи
RU2792226C1 (ru) * 2022-08-16 2023-03-21 Юрий Александрович Сизов Способ мониторинга и выравнивания степени заряженности аккумуляторов блока акб
RU2792305C1 (ru) * 2022-08-16 2023-03-21 Юрий Александрович Сизов Устройство мониторинга и выравнивания степени заряженности аккумуляторов блока акб

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105811531B (zh) 新型动力电池健康管理系统
EP3772657B1 (en) Device and method for performing a state of health estimation
KR101497602B1 (ko) 배터리 밸런싱 시스템 및 이를 이용한 배터리 밸런싱 방법
US6956355B2 (en) Self-diagnosis system for an energy storage device
Baccouche et al. $ Implementation of a Coulomb counting algorithm for SOC estimation of Li-Ion battery for multimedia applications
US10895605B2 (en) Life estimation apparatus for lithium ion secondary cell
US9450427B2 (en) State of charge determination for an electrical accumulator
KR102630222B1 (ko) 배터리 진단 장치 및 방법
CN111257770B (zh) 一种电池包功率估算方法
CN113826021A (zh) 用于诊断电池单体的设备和方法
KR20220034543A (ko) 배터리의 충전상태를 추정하는 방법
RU2610147C1 (ru) Способ автоматического контроля технического состояния элементов смешанной (последовательное соединение групп параллельных элементов) аккумуляторной батареи и устройство для его осуществления
KR20210066609A (ko) 배터리 셀 이상 퇴화 진단 장치 및 방법
RU2470314C1 (ru) Способ автоматического контроля технического состояния элементов последовательной аккумуляторной батареи и устройство для его осуществления
JP2016122542A (ja) 蓄電装置の故障判定方法
RU2610897C1 (ru) Способ автоматического контроля технического состояния элементов смешанной (параллельное соединение групп последовательных элементов) аккумуляторной батареи и устройство для его осуществления
KR102691855B1 (ko) 배터리 셀 균등화 과정 분석을 통한 셀간 불균형도 추정 방법 및 이를 이용한 에너지관리시스템
JP2020079764A (ja) 二次電池の状態判定方法
Raj et al. Critical Review on Battery Management Systems
RU2569680C1 (ru) Способ автоматического контроля технического состояния элементов параллельной аккумуляторной батареи и устройство для его осуществления
RU2485639C2 (ru) Способ автоматического контроля технического состояния элементов параллельной аккумуляторной батареи и устройство для его осуществления
RU2563336C1 (ru) Способ автоматического контроля технического состояния элементов последовательной аккумуляторной батареи и устройство для его осуществления
CN111505432A (zh) 参数模拟电路、电池管理装置、电池管理装置的控制方法
CN116545067B (zh) 一种电池组的均衡电路及储能系统
KR20240103994A (ko) 과열 진단 방법, 그 방법을 제공하는 과열 진단 장치 및 배터리 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20181209